JP4151526B2 - Power conversion module and power supply device using the same - Google Patents

Power conversion module and power supply device using the same Download PDF

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Description

本発明は、電子機器などに使用されるスイッチング電源等の電源装置およびその電源装置に搭載されるパワー変換モジュールデバイスに関するものである。   The present invention relates to a power supply device such as a switching power supply used for an electronic device and the like, and a power conversion module device mounted on the power supply device.

近年、情報通信量が大きく増大する中であらゆる電子機器において消費電力は増大する方向になっており、低消費電力化が社会的問題となってきている。特にこれら電子機器の電源部は主としてスイッチング電源で構成されているものが多く、この電源部の高効率化とともに小形化、低ノイズ化が技術的な課題となっており、この電源の開発スピードアップが電子機器の開発していく上で重要なポイントとなっている。   In recent years, power consumption has been increasing in all electronic devices with a large increase in the amount of information communication, and low power consumption has become a social problem. In particular, the power supply units of these electronic devices are mainly composed of switching power supplies, and there is a technical challenge to reduce the size and noise as well as increase the efficiency of the power supply units. Is an important point in developing electronic devices.

従来、この種のスイッチング電源は図8、図9に示されるような構成になっていた。   Conventionally, this type of switching power supply has a configuration as shown in FIGS.

以下、従来例として図8、図9を用いて説明する。図8は従来のスイッチング電源の回路ブロック図であり、図9は従来のスイッチング電源の外観斜視図である。   Hereinafter, a conventional example will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a circuit block diagram of a conventional switching power supply, and FIG. 9 is an external perspective view of the conventional switching power supply.

図8、図9に示すように従来のスイッチング電源は入力回路部1、コンバータ部2、出力回路部3が1枚のメイン基板9の上に搭載されて構成しているものが一般的である。   As shown in FIGS. 8 and 9, the conventional switching power supply generally has an input circuit unit 1, a converter unit 2, and an output circuit unit 3 mounted on a single main board 9. .

入力回路部1は入力フィルタ1a、入力整流回路1b、力率改善回路4、平滑回路1cなどから構成されている。また、コンバータ部2は制御回路5、トランス6、1次パワー素子7、2次パワー素子8などから、構成されている。ここで1次パワー素子7はFET、2次パワー素子8としてはダイオードが使われることが多いが、ダイオードの代りのスイッチとしてFETが用いられることもある。さらに出力回路部3は出力平滑部3a、出力変換回路3b、出力フィルタ3cなどから構成されている。   The input circuit unit 1 includes an input filter 1a, an input rectifier circuit 1b, a power factor correction circuit 4, a smoothing circuit 1c, and the like. The converter unit 2 includes a control circuit 5, a transformer 6, a primary power element 7, a secondary power element 8, and the like. Here, the primary power element 7 is an FET, and the secondary power element 8 is often a diode. However, an FET may be used as a switch instead of the diode. Further, the output circuit unit 3 includes an output smoothing unit 3a, an output conversion circuit 3b, an output filter 3c, and the like.

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3のように制御回路を含む回路ブロックをモジュール化して形成したものもある。   In addition, as prior art document information related to this application, for example, there is information obtained by modularizing a circuit block including a control circuit as in Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3.

また、本出願の別の先行技術文献情報として特許文献4のようにプリントコイル形トランスと1次スイッチ素子と2次整流回路に装着されたヒートシンクを伝熱するための配線パターンを実装基板に設けた構成のものもある。
特開2001−359281号公報 特開平5−198445号公報 特開2001−103756号公報 特開平8−45748号公報
Further, as another prior art document information of the present application, a wiring pattern for transferring heat to a printed coil transformer, a primary switch element, and a heat sink attached to a secondary rectifier circuit is provided on the mounting substrate as in Patent Document 4. There are also other configurations.
JP 2001-359281 A JP-A-5-198445 JP 2001-103756 A JP-A-8-45748

しかしながら、最も一般的な従来例を示す図8、図9の構成においては1枚のメイン基板9上に各回路ブロックおよび全部品を搭載して構成しているため、それぞれの仕様が微妙に絡み合って干渉し合うため、最終仕様の決定が難しくなり、設計にも多くの経験を有する熟練者が必要となる、開発リードタイムが非常に長くなるなど、開発設計効率面で課題を残していた。また、電源の出力が増大した場合、コンバータ部2に搭載しているトランス6のサイズが極端に大きくなり、電源形状のサイズ制約をオーバーしてしまったり、温度上昇面でも所定値をオーバーするなど小形化、低発熱化という面でも課題を有していた。   However, in the configuration of FIGS. 8 and 9 showing the most general conventional example, each circuit block and all the components are mounted on one main board 9, so that each specification is slightly intertwined. As a result, it was difficult to determine the final specification, requiring skilled engineers with a lot of experience in design, and the development lead time was very long. In addition, when the output of the power supply increases, the size of the transformer 6 mounted on the converter unit 2 becomes extremely large, exceeding the size limitation of the power supply shape, exceeding the predetermined value even in terms of temperature rise, etc. There were also problems in terms of downsizing and low heat generation.

また、特許文献1〜3においては特定部分をモジュール化して小形化を図っているものの制御回路など多くの部品を有する機能満載形の複雑なモジュールブロックとなっているため、仕様決定は図8、図9の従来例に比較してもさらに難しくなる。このため、開発時間、開発コストも大きく増大し、高価な電源ブロックとなるため、市場展開していく上では分野・用途が限定されるなど、多くの課題を有するものであった。   In addition, in Patent Documents 1 to 3, although a specific part is modularized and miniaturized, it is a complex module block full of functions having many parts such as a control circuit. Compared to the conventional example of FIG. For this reason, the development time and development cost are greatly increased, and the power supply block becomes expensive, so that there are many problems such as limited fields and applications in developing the market.

さらに特許文献4においてはトランスの端子とヒートシンクは配線パターンで接続されるため、パターン設計が制約される。また、配線も長くなるため、配線インピーダンスも高くなり、ノイズ増大、損失が大きくなるなど課題を有していた。また、配線パターンを用いて熱を伝熱しているため、ヒートシンクまでの距離が長くなり、伝熱効果も一定以上よくならないという課題を有していた。   Further, in Patent Document 4, since the transformer terminal and the heat sink are connected by a wiring pattern, pattern design is restricted. In addition, since the wiring becomes long, the wiring impedance also increases, and there are problems such as increased noise and increased loss. Further, since heat is transferred using the wiring pattern, the distance to the heat sink is increased, and the heat transfer effect is not improved more than a certain level.

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、設計開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスとそれを搭載したスイッチング電源装置を提供することを目的とするものである。   The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a small, low heat generation, low loss, low noise power conversion module device capable of greatly improving design and development efficiency and a switching power supply device equipped with the power conversion module device. It is the purpose.

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、金属板と、この金属板に貼り付けた、無機フィラー入り樹脂からなる高熱伝導絶縁層と、この絶縁層で固定したリードフレームからなる配線と、別基板上に設けられた制御回路部と接続するための接続端子と、からなる高放熱基板と、この高放熱基板に面接触するように実装した、複数のパワー素子と、トランスと、からなるパワー変換モジュールであって、前記配線は、前記リードフレームを前記高熱伝導絶縁層に埋め込んだものであり前記接続端子は、前記リードフレームの一部を折り曲げたものであり、前記トランスと前記複数のパワー素子とを近接して配置して、ブロック化したパワー変換モジュールとすることを特徴としたものである。 The invention according to claim 1 of the present invention includes a metal plate, a high thermal conductive insulating layer made of a resin containing an inorganic filler, and a wiring made of a lead frame fixed by the insulating layer. Power consisting of a connection terminal for connecting to a control circuit section provided on the substrate, a high heat dissipation substrate, a plurality of power elements mounted in surface contact with the high heat dissipation substrate, and a transformer a conversion module, the wiring, the is a lead frame that is embedded in the high heat conductive insulating layer and the connection terminal, wherein all SANYO formed by bending a part of the lead frame, the transformer and the plurality of The power conversion module is characterized by being arranged close to the power element to form a blocked power conversion module.

この構成により、薄形トランスとパワー素子との配線距離を最短にできるため、配線インピーダンスが小さくなり、配線上の損失を非常に少なく出来ることに加えてノイズ源となるFETのドレイン〜ソース間電圧(Vds)のリンギング波形(Vp−p)、ダイオード両端電圧の波形なども大幅に改善されるので電源の低ノイズ化が達成できる。また、薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15をこの高放熱基板16と面接触するように実装しているので電源の発熱の主要部品である薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15の熱を高放熱基板16に接触面を通して直接、伝熱してやることが可能となる。このことにより、薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15の発熱を大幅に低減できるとともに薄形トランス11のサイズも小形化できるものである。さらに従来と異なり、本発明のブロックには多くの部品を有する複雑な制御回路は実装しないこととしているのでこのブロックの設計が非常に簡単になり、電源設計の熟練者でなくとも短時間で設計できることになる。これらの結果、開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。   With this configuration, the wiring distance between the thin transformer and the power element can be minimized, so that the wiring impedance can be reduced and the loss on the wiring can be greatly reduced. In addition, the voltage between the drain and source of the FET that becomes a noise source The ringing waveform (Vp-p) of (Vds), the waveform of the voltage across the diode, and the like are greatly improved, so that the noise of the power supply can be reduced. Further, since the thin transformer 11, the primary power element 14, and the secondary power element 15 are mounted so as to be in surface contact with the high heat dissipation substrate 16, the thin transformer 11 and the primary which are the main components of heat generation of the power source are provided. The heat of the power element 14 and the secondary power element 15 can be directly transferred to the high heat dissipation substrate 16 through the contact surface. Thus, the heat generation of the thin transformer 11, the primary power element 14, and the secondary power element 15 can be greatly reduced, and the size of the thin transformer 11 can be reduced. Furthermore, unlike the conventional case, the block of the present invention is not mounted with a complicated control circuit having many parts, so the design of this block becomes very simple, and even if it is not an expert in power supply design, it can be designed in a short time. It will be possible. As a result, it is possible to provide a large effect that a compact, low heat generation, low loss, low noise power conversion module device capable of greatly improving development efficiency can be provided.

本発明の請求項2に記載の発明は、金属板と、この金属板上に貼り付けた、無機フィラー入り樹脂からなる高熱伝導絶縁層と、この絶縁層で固定したリードフレームからなる配線と、前記リードフレームの一部を折り曲げて形成した接続端子と、からなる高放熱基板と、この高放熱基板に面接触するように実装した、パワー素子とトランスと、からなるパワー変換モジュールであって、前記配線は、前記リードフレームを前記高熱伝導絶縁層に埋め込んだものであり前記トランスの磁心の下面を前記高放熱基板に面接触させたものであり、前記トランスと前記パワー素子とを近接して配置して、ブロック化したパワー変換モジュールとするものであり、接続端子の少なくとも1本を制御回路部に接続するための端子としたものであり、これにより、別の基板上に構成された制御回路部と接続できるため、本モジュールデバイスの制御が別基板から、簡単に実現できるという効果が生まれる。 The invention according to claim 2 of the present invention includes a metal plate, a high thermal conductive insulating layer made of a resin containing an inorganic filler, and a wiring made of a lead frame fixed by the insulating layer, which is attached to the metal plate, A power conversion module comprising a connection element formed by bending a part of the lead frame, a high heat dissipation substrate, and a power element and a transformer mounted so as to be in surface contact with the high heat dissipation substrate, wherein the wiring, the all SANYO the lower surface of the are those embedded in the high thermal conductive insulating layer of the transformer core and the lead frame were surface contact with the high heat dissipation substrate, proximate the said transformer and said power element It arranged Te, which the power conversion module is blocked, which has a terminal for connecting at least one connection terminal to the control circuit unit, to Ri, it is possible to connect a control circuit unit that is configured on a separate substrate from another substrate control of the module devices, the effect is born that can be easily realized.

本発明の請求項3に記載の発明は、リードフレームを0.3mm以上の厚みを有する銅板で形成するものであり、抵抗値を低減でき、大電流対応も可能とするものである。   According to the third aspect of the present invention, the lead frame is formed of a copper plate having a thickness of 0.3 mm or more, the resistance value can be reduced, and a large current can be supported.

本発明の請求項に記載の発明は、金属板は、アルミニウムもしくは銅のいずれかであり、筐体への取付部を設けた請求項1もしくは2のいずれか一つに記載のパワー変換モジュールとしたものであり、軽量化、熱伝導性が向上、低発熱化が図れる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the power conversion module according to any one of the first or second aspect, the metal plate is either aluminum or copper, and an attachment portion to the housing is provided. Therefore, weight reduction, thermal conductivity improvement, and low heat generation can be achieved.

本発明の請求項に記載の発明は、トランスは、複数のパワー素子の間に設置する請求項2記載のパワー変換モジュールであり、ノイズなどの影響を受けることなく制御回路の設計もできることとなり、制御回路の開発設計リードタイムも短縮できるという効果が生まれる。 The invention according to claim 5 of the present invention is the power conversion module according to claim 2 in which the transformer is installed between the plurality of power elements, and the control circuit can be designed without being affected by noise or the like. As a result, the lead time for developing and designing the control circuit can be shortened.

本発明の請求項に記載の発明は、トランスを、チョークコイルとしたものであり、チョークコイルとパワー素子との配線距離を最短にできるため、配線インピーダンスが小さくなり、配線損失を非常に少なく出来ることに加えてFET、ダイオードの両端電圧波形も改善されるので低ノイズ化が達成される。また、チョークコイルとパワー素子の発熱も高放熱基板に接触面を通して伝熱させるため、チョークコイルサイズも小形化できるとともにチョークコイルとパワー素子の発熱も大幅に低減できることとなる。さらに多くの部品を有する複雑な制御回路部を除いているため、このブロックの設計も非常に簡単になり、熟練者でなくとも短時間で設計できることとなる。これらの結果、開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。 According to the sixth aspect of the present invention, the transformer is a choke coil, and since the wiring distance between the choke coil and the power element can be minimized, the wiring impedance is reduced and the wiring loss is extremely reduced. In addition to being able to do so, the voltage waveforms at both ends of the FET and diode are also improved, so that low noise is achieved. In addition, since the heat generated by the choke coil and the power element is transferred to the high heat dissipation substrate through the contact surface, the choke coil size can be reduced and the heat generated by the choke coil and the power element can be greatly reduced. Further, since the complicated control circuit section having many parts is excluded, the design of this block becomes very simple, and it is possible to design in a short time even if it is not an expert. As a result, it is possible to provide a large effect that a compact, low heat generation, low loss, low noise power conversion module device capable of greatly improving development efficiency can be provided.

本発明の請求項に記載の発明は、金属板と、この金属板に貼り付けた、無機フィラー入り樹脂からなる高熱伝導絶縁層と、この高熱伝導絶縁層で埋め込んだリードフレームからなる配線と、この高放熱基板に面接触するように実装した、パワー素子とトランスと、からなるパワー変換モジュールと、前記リードフレームの一部を折り曲げて形成した接続端子と、前記接続端子に接続した、別基板に設けた制御回路と、からなる電源装置であって、前記トランスと前記パワー素子とを近接して配置して、ブロック化した電源装置としたものであり、ノイズなどの影響を受けることなく制御回路の設計もできることとなり、制御回路の開発設計リードタイムも短縮できるという効果が生まれる。 The invention according to claim 7 of the present invention includes a metal plate, a high thermal conductive insulating layer made of a resin containing an inorganic filler, and a wiring made of a lead frame embedded in the high thermal conductive insulating layer. A power conversion module comprising a power element and a transformer mounted in surface contact with the high heat dissipation substrate, a connection terminal formed by bending a part of the lead frame, and another connected to the connection terminal A power supply device comprising a control circuit provided on a substrate , wherein the transformer and the power element are arranged close to each other to form a block power supply device without being affected by noise or the like. The control circuit can also be designed, and the lead time for development and design of the control circuit can be shortened.

本発明の請求項に記載の発明は、トランスをチョークコイルとする電源装置であり、チョークコイルとパワー素子との配線距離を最短にできるため、配線インピーダンスが小さくなり、配線損失を非常に少なく出来ることに加えてFET、ダイオードの両端電圧波形も改善されるので低ノイズ化が達成される。また、チョークコイルとパワー素子の発熱も高放熱基板に接触面を通して伝熱させるため、チョークコイルサイズも小形化できるとともにチョークコイルとパワー素子の発熱も大幅に低減できることとなる。さらに多くの部品を有する複雑な制御回路部を除いているため、このブロックの設計も非常に簡単になり、熟練者でなくとも短時間で設計できることとなる。これらの結果、開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。 The invention according to claim 8 of the present invention is a power supply device having a transformer as a choke coil, and since the wiring distance between the choke coil and the power element can be minimized, the wiring impedance is reduced and the wiring loss is extremely reduced. In addition to being able to do so, the voltage waveforms at both ends of the FET and diode are also improved, so that low noise is achieved. In addition, since the heat generated by the choke coil and the power element is transferred to the high heat dissipation substrate through the contact surface, the choke coil size can be reduced and the heat generated by the choke coil and the power element can be greatly reduced. Further, since the complicated control circuit section having many parts is excluded, the design of this block becomes very simple, and it is possible to design in a short time even if it is not an expert. As a result, it is possible to provide a large effect that a compact, low heat generation, low loss, low noise power conversion module device capable of greatly improving development efficiency can be provided.

本発明のパワー変換モジュールデバイスは、高放熱基板上に薄形トランスと1次または2次の少なくともどちらか一方のパワー素子を面接触するように実装し、前記高放熱基板に設けられた外部接続端子を介して別基板上に設けられた制御回路部と接続されることを特徴としたものであり、配線損失を非常に少なく出来ることに加えてノイズ源となるFET、ダイオード電圧の波形なども大幅に改善されるので電源の低ノイズ化が達成できる。また、薄形トランス、パワー素子の発熱を大幅に低減できるとともにトランスのサイズも小形化できるものである。さらに多くの部品を有する複雑な制御回路は実装しないこととしているのでこのブロックの設計が非常に簡単になり、電源設計の熟練者でなくとも短時間で設計できることになる。これらの結果、開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。   In the power conversion module device of the present invention, the thin transformer and at least one of the primary and secondary power elements are mounted on the high heat dissipation board so as to be in surface contact with each other, and the external connection provided on the high heat dissipation board is provided. It is characterized in that it is connected to a control circuit unit provided on a separate substrate via a terminal, and in addition to being able to reduce wiring loss very much, FET that becomes a noise source, waveform of diode voltage, etc. Since it is greatly improved, the noise of the power supply can be reduced. Further, the heat generation of the thin transformer and power element can be greatly reduced, and the size of the transformer can be reduced. Further, since a complicated control circuit having many parts is not mounted, the design of this block becomes very simple, and even a person who is not skilled in power supply design can design in a short time. As a result, it is possible to provide a large effect that a compact, low heat generation, low loss, low noise power conversion module device capable of greatly improving development efficiency can be provided.

また、本発明の電源装置は、第1の構成体と第2の構成体とが一体化してなる電源装置であって、第2の構成体として本発明の請求項1に記載のパワー変換モジュールデバイスを用いるとともに、第1の構成体を形成する第1の基板上に第2の構成体を制御する制御回路部を設けたことを特徴としたものであり、パワー変換モジュールデバイスの特徴である小形、低発熱、低損失、低ノイズをそのまま利用できるため、熱設計、構造設計が非常に簡単になり、開発リードタイムも大幅に削減できるという大きな効果が生まれる。   Moreover, the power supply device of the present invention is a power supply device in which a first structural body and a second structural body are integrated, and the power conversion module according to claim 1 of the present invention is used as the second structural body. A device is used, and a control circuit unit for controlling the second structural body is provided on the first substrate forming the first structural body, which is a characteristic of the power conversion module device. The small size, low heat generation, low loss, and low noise can be used as they are, which greatly simplifies the thermal design and structural design, and greatly reduces the development lead time.

(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて本発明の特に請求項1の局面に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the invention described in the aspect of claim 1 of the present invention will be described using the first embodiment.

図1は、本発明の実施の形態1におけるパワー変換モジュールデバイスの外観斜視図、図2は同実施の形態における高放熱基板の断面模式図、図3は同実施の形態1における薄形トランスの断面模式図である。   FIG. 1 is an external perspective view of a power conversion module device according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a high heat dissipation substrate in the same embodiment, and FIG. It is a cross-sectional schematic diagram.

図1〜図3において11は薄形トランス、12は磁心、13は薄形積層コイル、14は1次パワー素子、15は2次パワー素子、16は高放熱基板、17は絶縁物、18はリードフレーム一体形配線板、19はリードフレーム、19aは制御回路接続用リードフレーム、20は金属板、24は3層絶縁電線コイル、25は銅板コイル、26は絶縁物を示している。   1-3, 11 is a thin transformer, 12 is a magnetic core, 13 is a thin laminated coil, 14 is a primary power element, 15 is a secondary power element, 16 is a high heat dissipation substrate, 17 is an insulator, 18 is an insulator, A lead frame integrated wiring board, 19 is a lead frame, 19a is a lead frame for connecting a control circuit, 20 is a metal plate, 24 is a three-layer insulated wire coil, 25 is a copper plate coil, and 26 is an insulator.

図1において従来例を示す図9と大きく異なる点は図9におけるコンバータ部2の制御回路5を除いたトランス6、1次パワー素子7、2次パワー素子8の発熱部品のみを集めてブロック化した点であるが、本発明においてはさらにトランス6を薄形トランス11に変更した点、この薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15を高放熱基板16上に搭載した点、これら薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15はこの高放熱基板16と面接触するように実装している点が異なっている。   1 differs greatly from FIG. 9 showing the conventional example in that only the heat generating components of the transformer 6, the primary power element 7, and the secondary power element 8 except the control circuit 5 of the converter unit 2 in FIG. However, in the present invention, the transformer 6 is further changed to the thin transformer 11, and the thin transformer 11, the primary power element 14, and the secondary power element 15 are mounted on the high heat dissipation substrate 16. The thin transformer 11, the primary power element 14, and the secondary power element 15 are different in that they are mounted so as to be in surface contact with the high heat dissipation substrate 16.

以上、本発明の実施の形態1を示す図1の構成によれば、薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15は最短に近接して並べることが可能となり、配線距離を最短にできる。このことにより、配線インピーダンスが小さくなり、配線上の損失を非常に少なく出来ることに加えてノイズ源となるFETのドレイン〜ソース間電圧(Vds)のリンギング波形(Vp−p)、ダイオード両端電圧の波形なども大幅に改善されるので電源の低ノイズ化が達成できる。また、薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15をこの高放熱基板16と面接触するように実装しているので電源の発熱の主要部品である薄形トランス11と1次パワー素子14、2次パワー素子15の熱を高放熱基板16に接触面を通して直接、伝熱してやることが可能となる。このことにより、薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15の発熱を大幅に低減できるとともに薄形トランス11のサイズも小形化できるものである。さらに従来と異なり、本発明のブロックには多くの部品を有する複雑な制御回路は実装しないこととしているのでこのブロックの設計が非常に簡単になり、電源設計の熟練者でなくとも短時間で設計できることになる。これらの結果、開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスを提供することが可能となるものである。   As described above, according to the configuration of FIG. 1 showing the first embodiment of the present invention, the thin transformer 11 and the primary power element 14 and the secondary power element 15 can be arranged as close as possible, and the wiring distance can be reduced. It can be as short as possible. As a result, the wiring impedance can be reduced and the loss on the wiring can be reduced very much. In addition, the ringing waveform (Vp-p) of the drain-source voltage (Vds) of the FET, which is a noise source, and the voltage across the diode Since the waveform and the like are also greatly improved, the noise of the power supply can be reduced. Further, since the thin transformer 11, the primary power element 14, and the secondary power element 15 are mounted so as to be in surface contact with the high heat dissipation substrate 16, the thin transformer 11 and the primary which are the main components of heat generation of the power source are provided. The heat of the power element 14 and the secondary power element 15 can be directly transferred to the high heat dissipation substrate 16 through the contact surface. Thus, the heat generation of the thin transformer 11, the primary power element 14, and the secondary power element 15 can be greatly reduced, and the size of the thin transformer 11 can be reduced. Furthermore, unlike the conventional case, the block of the present invention is not mounted with a complicated control circuit having many parts, so the design of this block becomes very simple, and even if it is not an expert in power supply design, it can be designed in a short time. It will be possible. As a result, it is possible to provide a small, low heat generation, low loss, low noise power conversion module device capable of greatly improving development efficiency.

ここで1次パワー素子14は主にFET、2次パワー素子15は主にFET、ダイオードが使用されるが他の素子であってもよい。また、1次パワー素子14、2次パワー素子15は少なくともどちらか一方のみを搭載した場合でも本発明の効果は得られるものである。   Here, the primary power element 14 is mainly an FET, and the secondary power element 15 is mainly an FET or a diode, but may be other elements. The effects of the present invention can be obtained even when at least one of the primary power element 14 and the secondary power element 15 is mounted.

図2は本発明の実施の形態1を構成する高放熱基板16の断面模式図である。図2に示すように高放熱基板16はリードフレーム19と一体となったリードフレーム一体形配線板18と絶縁物17を貼り合せた構成としたものに加えて絶縁物17の裏面に金属板20を貼り合せているものである。ここで採用した絶縁物17は厚みを平均で0.5mm、最小でも0.4mm以上確保して製作している。ここで0.4mmとは安全規格において強化絶縁として認められる最小厚みであり、この厚みを確保することにより、安全規格にも適合できるようになるものである。   FIG. 2 is a schematic sectional view of the high heat dissipation substrate 16 constituting Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 2, the high heat dissipation substrate 16 has a structure in which a lead frame integrated wiring board 18 integrated with a lead frame 19 and an insulator 17 are bonded together, and in addition to a metal plate 20 on the back surface of the insulator 17. Are pasted together. The insulator 17 employed here is manufactured with an average thickness of 0.5 mm and a minimum of 0.4 mm or more. Here, 0.4 mm is the minimum thickness recognized as reinforced insulation in the safety standard. By securing this thickness, the thickness can be adapted to the safety standard.

以上、本発明の実施の形態を示す図2によれば、特に高放熱基板16として絶縁物17とリードフレーム一体形の配線板18を貼り合せた構成としたのでリードフレームを基準にして配線板の位置決めも可能となる。また、絶縁物17の厚みを所定厚み以上にしてやることによって安全規格にも適合可能な高放熱基板として利用できることとなる。   As described above, according to FIG. 2 showing the embodiment of the present invention, since the insulator 17 and the lead frame integrated wiring board 18 are bonded together as the high heat dissipation board 16, the wiring board is based on the lead frame. Can also be positioned. Further, by making the thickness of the insulator 17 equal to or greater than a predetermined thickness, the insulator 17 can be used as a high heat dissipation substrate that can meet safety standards.

また、絶縁物の厚みを0.4mm以上としてやることによって安全規格要求上の強化絶縁を施すことが可能となり、電源としての使途範囲が広げられる。   Further, by setting the thickness of the insulator to 0.4 mm or more, it becomes possible to provide reinforced insulation in accordance with safety standard requirements, and the range of use as a power source is expanded.

ここで構成部品である絶縁物17はエポキシなどリードフレーム一体形配線板18との密着性のよい絶縁樹脂を採用している。これにより、絶縁物17とリードフレーム一体形配線板18との密着性が非常によくなるため、高放熱基板16の伝熱特性を高められる。   Here, the insulator 17 which is a component is made of an insulating resin having good adhesion to the lead frame integrated wiring board 18 such as epoxy. Thereby, since the adhesiveness of the insulator 17 and the lead frame integrated wiring board 18 becomes very good, the heat transfer characteristics of the high heat dissipation substrate 16 can be enhanced.

さらに、この絶縁物17のエポキシ樹脂にシリカ、アルミナなどのような無機質フィラを充填してやれば、樹脂の熱伝導性を向上させることができるため、高放熱基板16の熱伝導特性をさらに向上させることが出来る。我々の実験結果では、熱伝導率を0.15〜0.3W/(m・K)(フィラなし)から、3〜5W/(m・K)(フィラ入り)と1桁高めることができることが確認できている。   Furthermore, if the epoxy resin of the insulator 17 is filled with an inorganic filler such as silica or alumina, the thermal conductivity of the resin can be improved. Therefore, the thermal conductivity characteristics of the high heat dissipation substrate 16 can be further improved. I can do it. According to our experimental results, the thermal conductivity can be increased by an order of magnitude from 0.15 to 0.3 W / (m · K) (without filler) to 3 to 5 W / (m · K) (with filler). Confirmed.

また、高放熱基板16の構成部品である絶縁物17をセラミック系の材料としてやれば、熱伝導率がさらに向上することに加えてセラミックシート基板応用という新たな工法の高放熱基板を導入できるという効果が生まれる。   In addition, if the insulator 17 which is a component of the high heat dissipation substrate 16 is made of a ceramic material, in addition to further improving the thermal conductivity, a high heat dissipation substrate of a new method of applying a ceramic sheet substrate can be introduced. An effect is born.

また、リードフレーム一体形配線板18は0.3mm以上の厚みとしている。通常のプリント配線板に採用される銅箔の厚みはエッチング工法により、多量に生産するため、汎用性、コスト面から、あまり、厚い銅箔のものは採用されていないのが実態であり、最大でも0.2〜0.25mm程度、通常は0.018〜0.07mmぐらいと非常に薄く、導体の断面積が大きく出来ないため、配線インピーダンスが高くなり、配線損失も大きくなるという課題を有していた。以上、本発明においては、通常のプリント配線板では製作上、困難とされる0.3mm以上の厚みを有する薄板状の銅板を採用して導体断面積を大きく出来るようにしている。このことにより、配線インピーダンスを究極まで小さくすることができるため、配線損失を極小とできるとともに大電流対応も可能と出来るという効果が生まれるものである。   The lead frame integrated wiring board 18 has a thickness of 0.3 mm or more. The thickness of the copper foil used for ordinary printed wiring boards is produced in large quantities by the etching method, so the actual fact is that thick copper foil is not used because of its versatility and cost. However, it is very thin, about 0.2 to 0.25 mm, usually about 0.018 to 0.07 mm, and the cross-sectional area of the conductor cannot be increased. Was. As described above, in the present invention, a thin copper plate having a thickness of 0.3 mm or more, which is difficult to manufacture with a normal printed wiring board, is adopted so that the conductor cross-sectional area can be increased. As a result, the wiring impedance can be reduced to the ultimate, so that an effect that the wiring loss can be minimized and a large current can be dealt with is produced.

なお、ここで使用したリードフレームの製作方法としては、金型による打ち抜き工法、エッチングなど各種考えられるが、敢えて限定する必要はない。   In addition, as a manufacturing method of the lead frame used here, various methods such as a punching method using a die and etching are conceivable, but it is not necessary to limit them.

さらにリードフレーム19は図2に示すように折り曲げて出力用のリード線としてやれば、リードフレーム19を出力用のリード線として兼用してやることになり、出力接続用のピンが不要となることに加えて接続工程も不要とできる。接続点が減るので信頼性も向上する、など多くの効果を得ることができる。   Further, if the lead frame 19 is bent as shown in FIG. 2 to be used as an output lead wire, the lead frame 19 is also used as an output lead wire, which eliminates the need for an output connection pin. Connection process is also unnecessary. Many effects can be obtained such as reliability is improved because the number of connection points is reduced.

ここで出力接続用のリード線のうち、少なくとも1本を制御回路に接続するためのリード線19aとしている。これにより、別の基板上に構成された制御回路と接続できるため、本モジュールデバイスの制御が別基板から、簡単に実現出来ることとなる。   Here, at least one of the lead wires for output connection is a lead wire 19a for connecting to the control circuit. Thereby, since it can connect with the control circuit comprised on another board | substrate, control of this module device will be easily realizable from another board | substrate.

また、図2に示すように絶縁物17の裏面には金属板20を貼り付けているので高放熱基板上の熱をこの金属板20にも伝熱してやることが可能となる。このことにより、薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15の温度上昇を低減することができる。   Further, as shown in FIG. 2, since the metal plate 20 is attached to the back surface of the insulator 17, the heat on the high heat dissipation substrate can also be transferred to the metal plate 20. Thereby, the temperature rise of the thin transformer 11, the primary power element 14, and the secondary power element 15 can be reduced.

ここで使用する金属板20の材質は特に限定する必要はないが、アルミニウム、銅など熱伝導率のよい金属が好ましい。特にアルミニウムなどを用いてやれば、軽量化が図れる。   The material of the metal plate 20 used here is not particularly limited, but a metal having good thermal conductivity such as aluminum or copper is preferable. In particular, if aluminum is used, the weight can be reduced.

また、銅としてやれば、熱伝導特性がさらに向上できるため、薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15の温度上昇を大幅に低減することができる。   In addition, if copper is used, the heat conduction characteristics can be further improved, so that the temperature rise of the thin transformer 11, the primary power element 14, and the secondary power element 15 can be greatly reduced.

図3は本発明の実施の形態1を構成する薄形トランス11の断面模式図である。図3に示すように本薄形トランス11は薄板状の銅板で製作した銅板コイル25と3層絶縁電線を渦巻状に巻回して製作した扁平形の3層絶縁電線コイル24を薄い絶縁物26を介して交互に積層して薄形積層コイルを完成した後、上下から磁心12を組合わせて完成するものである。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the thin transformer 11 constituting the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, this thin transformer 11 includes a thin plate-like three-layer insulated wire coil 24 made by winding a copper plate coil 25 made of a thin plate-like copper plate and a three-layer insulated wire in a spiral shape. After the thin laminated coil is completed by alternately laminating through the wire, the magnetic cores 12 are combined from above and below.

以上、本発明の実施の形態を示す図3によれば、特に薄形トランス11として1次または2次コイルの少なくともどちらか一方のコイルを薄板状のコイルで形成している。このことにより、1次と2次コイル間の距離が少なくなるため、巻線間の結合が良くなり、変換効率が向上する。また、薄板状のコイルは表面積が大きいので放熱性が良くなり、トランスの温度上昇を低減できるという効果も生まれる。   As described above, according to FIG. 3 showing the embodiment of the present invention, at least one of the primary and secondary coils is formed as a thin plate coil as the thin transformer 11. This reduces the distance between the primary and secondary coils, thereby improving the coupling between the windings and improving the conversion efficiency. In addition, since the thin plate-shaped coil has a large surface area, heat dissipation is improved, and an effect of reducing the temperature rise of the transformer is also produced.

ここで、薄板状のコイル25は0.3mm以上の厚みとしている。薄板状のコイルを形成する方法としては、他にプリント配線板を利用する方法もある。しかしながら、通常のプリント配線板に採用される銅箔の厚みはエッチング工法により、多量に生産するため、汎用性、コスト面から、あまり、厚い銅箔のものは採用されていないのが実態であり、最大でも0.2〜0.25mm程度、通常は0.018〜0.07mmぐらいと非常に薄く、導体の断面積が大きく出来ないため、配線インピーダンスが高くなり、配線損失も大きくなるという課題を有していた。以上、本発明においては、通常のプリント配線板では製作上、困難とされる0.3mm以上の厚みを有する薄板状の銅板を採用して導体断面積を大きく出来るようにしている。このことにより、コイルの抵抗値を低減できるため、トランスの損失も低減できるとともに、大電流対応も可能と出来るという効果が生まれる。   Here, the thin plate-like coil 25 has a thickness of 0.3 mm or more. Another method for forming a thin plate-like coil is to use a printed wiring board. However, the thickness of the copper foil used in ordinary printed wiring boards is produced in large quantities by the etching method, so the actual situation is that thick copper foil is not used because of its versatility and cost. The problem is that the wiring impedance becomes high and the wiring loss increases because the conductor cross-sectional area cannot be increased because the conductor is not very thin, with a maximum thickness of about 0.2 to 0.25 mm, usually about 0.018 to 0.07 mm. Had. As described above, in the present invention, a thin copper plate having a thickness of 0.3 mm or more, which is difficult to manufacture with a normal printed wiring board, is adopted so that the conductor cross-sectional area can be increased. As a result, the resistance value of the coil can be reduced, so that the loss of the transformer can be reduced and a large current can be accommodated.

なお、ここで使用した薄板状の銅板コイルの製作方法としては、打ち抜き工法、エッチングなど各種考えられるが、敢えて限定する必要はない。   In addition, although various methods, such as a punching method and an etching, can be considered as a manufacturing method of the thin plate-shaped copper plate coil used here, it does not need to dare to limit.

また、本発明の実施の形態を示す図3によれば、特に薄形トランス11として1次または2次コイルの少なくともどちらか一方のコイルは3層絶縁電線を渦巻状に巻回して形成している。ここで使用した3層絶縁電線は東京特殊電線製のTIW線であり、各国安全規格の強化絶縁に認可された線材である。このことにより、薄形トランス11として安全規格に対応した強化絶縁を施すことが出来るため、高電圧入力時の安全規格適合可能なトランスを簡単に実現出来るという効果が生まれる。なお、3層絶縁電線に関しては、必ずしも上記線材にこだわる必要はなく、強化絶縁として安全規格認定された線材であれば、古河電工製のTEX線など、他の線材であってもよい。   According to FIG. 3 showing the embodiment of the present invention, at least one of the primary and secondary coils is formed as a thin transformer 11 by winding a three-layer insulated wire in a spiral shape. Yes. The three-layer insulated wire used here is a TIW wire made by Tokyo Special Electric Wire, and is a wire approved for reinforced insulation in each country's safety standard. As a result, the thin transformer 11 can be provided with reinforced insulation corresponding to the safety standard, so that it is possible to easily realize a transformer conforming to the safety standard at the time of high voltage input. Note that the three-layer insulated electric wire does not necessarily have to be particular about the above-mentioned wire, and may be other wire such as FEX DENKO's TEX wire as long as the wire is certified as a safety standard as reinforced insulation.

また、薄形トランス11の1次または2次コイルの少なくともどちらか一方のコイルは巻線を巻回して形成しており、これにより、巻数が簡単に変更できるため、設計の自由度が広がるという効果が生まれる。   Further, at least one of the primary coil and the secondary coil of the thin transformer 11 is formed by winding a winding, and thus the number of turns can be easily changed, which increases the degree of design freedom. An effect is born.

さらに上記巻線コイルは表面に融着層を有する融着層付きとしている。このことにより、巻線を施したままの状態で固着ができるのでボビンレスでの巻線形成が容易に実現出来るという効果が生まれる。   Further, the winding coil has a fusion layer having a fusion layer on the surface. As a result, since the fixing can be performed with the windings being applied, the bobbin-less winding can be easily formed.

ここでは、特に、融着層をアルコール融着タイプの融着層としている。これにより、アルコールを塗布するだけで簡単に巻線の固着が出来るため、設備化が容易に出来るという効果も生まれる。   Here, in particular, the fusion layer is an alcohol fusion type fusion layer. As a result, the winding can be easily fixed simply by applying alcohol, so that the equipment can be easily installed.

なお、薄形トランス11を構成する薄形積層コイル13は本発明の実施の形態においては図3に示すような3層絶縁電線コイル24、薄板状銅板コイル25などを用いているが、1次または2次コイルの少なくともどちらか一方のコイルとしてプリント基板で形成してやれば、コイル導体の位置が安定するので性能ばらつきが低減出来る。   The thin laminated coil 13 constituting the thin transformer 11 uses a three-layer insulated wire coil 24 and a thin copper plate coil 25 as shown in FIG. 3 in the embodiment of the present invention. Alternatively, if at least one of the secondary coils is formed of a printed circuit board, the position of the coil conductor is stabilized, so that variation in performance can be reduced.

さらにこのプリント基板で形成したコイルの層間にエポキシプリプレグを挿入して製作した多層プリント基板コイルとしてやれば、積層コイルの厚み、外形寸法が安定するので性能ばらつきがさらに低減できることに加えて後工程で磁心12の組込みも容易となる。   Furthermore, if the multilayer printed circuit board coil is manufactured by inserting an epoxy prepreg between the layers of the coil formed on this printed circuit board, the thickness and outer dimensions of the laminated coil are stabilized, so that the performance variation can be further reduced. The magnetic core 12 can be easily assembled.

また、本発明の実施の形態を示す図1によれば、特に、薄形トランス11の磁心12の下面が高放熱基板16と接するように取り付けたものであり、これにより、磁心の発熱を基板面からも伝熱できることとなり、トランスの温度上昇を大幅に低減できるという効果が生まれる。   Further, according to FIG. 1 showing the embodiment of the present invention, the lower surface of the magnetic core 12 of the thin transformer 11 is mounted so as to be in contact with the high heat dissipation substrate 16, whereby the heat generation of the magnetic core can be reduced. Heat can also be transferred from the surface, and the effect of greatly reducing the temperature rise of the transformer is born.

さらに、ここでは図示していないが、磁心12と相対向する面には高放熱基板のパターンを形成している。これにより、このパターンにも磁心の熱を伝熱できることとなり、トランスの発熱はさらに大幅に低減可能となるという効果が生まれる。   Further, although not shown here, a pattern of a high heat dissipation substrate is formed on the surface opposite to the magnetic core 12. As a result, the heat of the magnetic core can be transferred also to this pattern, and the heat generated by the transformer can be further greatly reduced.

また、これも図示していないが、本発明の実施の形態においては、特に、磁心12と高放熱基板16の間には熱伝導部材を挟み込んでいる。これにより、磁心12と高放熱基板16の間に生ずる空隙が熱伝導部材で埋まるため、熱伝導のばらつきが少なくなるという効果が生まれる。ここで熱伝導部材としては熱伝導率の良い材料が好ましいが、空隙を埋めることさえ出来れば、敢えて材質を限定する必要はない。エポキシ、シリコン、アクリル系の樹脂などが使用可能である。   Although not shown in the drawings, in the embodiment of the present invention, in particular, a heat conducting member is sandwiched between the magnetic core 12 and the high heat dissipation substrate 16. Thereby, since the space | gap which arises between the magnetic core 12 and the high thermal radiation board | substrate 16 is filled up with a heat conductive member, the effect that the dispersion | variation in heat conduction becomes small is produced. Here, a material having good thermal conductivity is preferable as the heat conducting member, but it is not necessary to dare to limit the material as long as the gap can be filled. Epoxy, silicon, acrylic resin, etc. can be used.

さらに、本発明の実施の形態1においては図1に示すように、特に、1次パワー素子14と2次パワー素子15との間に薄形トランス11を配置している。このことにより、絶縁分離するトランスと1次、2次を結ぶ配線パターンも最短距離で形成できることとなり、配線損失を大幅に低減出来るパターン設計を簡単に実現できるという効果が生まれる。   Furthermore, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the thin transformer 11 is particularly arranged between the primary power element 14 and the secondary power element 15. As a result, the wiring pattern connecting the transformer and the primary and the secondary that are insulated and separated can be formed at the shortest distance, and an effect of easily realizing a pattern design that can greatly reduce the wiring loss is produced.

(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて本発明の特に他の局面に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the invention described in another aspect of the present invention will be described using the second embodiment.

図4は、本発明の実施の形態2における電源回路のブロック図、図5は同実施の形態における電源の外観斜視図、図6は同実施の形態における他の実施例を示す電源の外観斜視図である。   4 is a block diagram of a power supply circuit according to the second embodiment of the present invention, FIG. 5 is an external perspective view of the power supply in the same embodiment, and FIG. 6 is an external perspective view of the power supply showing another example in the same embodiment. FIG.

図4〜図6において21は第2の構成体、22は第1の構成体、23は制御回路、27は第1の基板、28はくり抜き穴、29は筐体を示している。実施の形態1の構成と同一構成を有するものについては、同一符号を付してその説明を省略する。   4 to 6, reference numeral 21 denotes a second structure, 22 denotes a first structure, 23 denotes a control circuit, 27 denotes a first substrate, 28 denotes a hollow, and 29 denotes a housing. Components having the same configuration as that of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図4〜図6において従来例を示す図8〜図9と大きく異なる点はコンバータ部2の部分に本発明の実施の形態1で提案したパワー変換モジュールデバイスを第2の構成体21として使用した点である。   4 to 6 are different from the conventional examples of FIGS. 8 to 9 in that the power conversion module device proposed in the first embodiment of the present invention is used as the second structure 21 in the converter section 2. Is a point.

図4に示すように回路ブロック図の上では第2の構成体21は薄形トランス11、1次パワー素子14、2次パワー素子15で別ブロックとして形成されており、この第2の構成体21を除いた入力フィルタ22a、入力整流回路22b、力率改善回路22c、平滑回路22d、制御回路23、出力平滑部22e、出力変換回路22f、出力フィルタ22gなどは第1の構成体22として別基板上に形成している。そして、この第1の構成体22と第2の構成体21は回路的に接続して一体化して電源を完成している。   As shown in FIG. 4, in the circuit block diagram, the second structural body 21 is formed as a separate block by the thin transformer 11, the primary power element 14, and the secondary power element 15, and this second structural body. 21, the input filter 22 a, the input rectifier circuit 22 b, the power factor correction circuit 22 c, the smoothing circuit 22 d, the control circuit 23, the output smoothing unit 22 e, the output conversion circuit 22 f, the output filter 22 g and the like are different as the first component 22. It is formed on the substrate. The first structural body 22 and the second structural body 21 are connected in a circuit and integrated to complete a power source.

図5は本発明の実施の形態2を示す電源の外観斜視図であるが、図に示すように第1の構成体22を形成する第1の基板27には第2の構成体21を形成する薄形トランス11の対向する部分にくり抜き穴28を設けている。そして第1の構成体22と第2の構成体21とはリードフレーム19などを利用して回路的に接続している。さらに第2の構成体21を形成する高放熱基板16は電源の筐体29と面接触するように実装している。   FIG. 5 is an external perspective view of a power source showing Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 5, the second structure 21 is formed on the first substrate 27 on which the first structure 22 is formed. A cutout hole 28 is provided in an opposing portion of the thin transformer 11 to be formed. The first structural body 22 and the second structural body 21 are connected in a circuit using the lead frame 19 or the like. Further, the high heat dissipation substrate 16 forming the second structure 21 is mounted so as to be in surface contact with the casing 29 of the power source.

以上、本発明の実施の形態2を示す図4〜図5によれば、第1の構成体22と第2の構成体21とが一体化してなる電源装置であって第2の構成体21として本発明の実施の形態1で提案したパワー変換モジュールデバイスを使用しているので同デバイスの特徴である小形、低発熱、低損失、低ノイズをそのまま利用できる。このことにより、熱設計、構造設計が非常に簡単になり、開発リードタイムも大幅に削減できるという大きな効果が生まれる。   As mentioned above, according to FIGS. 4-5 which show Embodiment 2 of this invention, it is a power supply device with which the 1st structure 22 and the 2nd structure 21 are integrated, and it is the 2nd structure 21 Since the power conversion module device proposed in the first embodiment of the present invention is used, the small, low heat generation, low loss, and low noise characteristics of the device can be used as they are. As a result, the thermal design and the structural design become very simple, and the great effect is obtained that the development lead time can be greatly reduced.

これら基本構成の違いによる特性比較の実験結果を(表1)に示している。   Table 1 shows the experimental results of the characteristic comparison due to the difference in these basic configurations.

Figure 0004151526
Figure 0004151526

(表1)より、従来例の図9と本発明の実施の形態2を示す図5の構成での特性を比較すると
(1)トランスサイズが“1/4以下”になり、大幅な小形化ができた。
From Table 1, the characteristics in the configuration of FIG. 9 of the conventional example and the configuration of FIG. 5 showing the second embodiment of the present invention are compared. (1) Transformer size is "1/4 or less", greatly reducing size I was able to.

(2)トランスの温度上昇が“半減以下”となり、大幅に低減できた。   (2) The temperature rise of the transformer was reduced to less than half, which was greatly reduced.

(3)電源の効率が“約2.1%アップ”と大幅に改善できた。   (3) The efficiency of the power supply was greatly improved to "about 2.1% up".

(4)FETのドレイン〜ソース間電圧(Vds)のリンギング電圧(Vp−p)が“150v低減”でき、波形が大幅に改善できた。   (4) The ringing voltage (Vp−p) of the drain-source voltage (Vds) of the FET can be “150 v reduced”, and the waveform can be greatly improved.

(5)雑音端子電圧が各帯域で“6dB以上低減”と大幅な低ノイズ化を達成できた。   (5) The noise terminal voltage was “reduced by 6 dB or more” in each band, and a significant reduction in noise was achieved.

以上のような大きな効果が実験結果によって検証できた。   The large effects as described above were verified by the experimental results.

また、第1の構成体22を形成する第1の基板27上に第2の構成体21を制御する制御回路23を設けており、制御回路接続用リードフレーム19aで接続している。これにより、第2の構成体が発生するノイズなどの影響を受けることなく制御回路の設計もできることとなり、制御回路の開発設計リードタイムも短縮できるという効果が生まれる。   Further, a control circuit 23 for controlling the second structural body 21 is provided on the first substrate 27 forming the first structural body 22 and is connected by a control circuit connecting lead frame 19a. As a result, the control circuit can be designed without being affected by noise or the like generated by the second structure, and an effect of shortening the development design lead time of the control circuit is produced.

さらに、第1の構成体22を形成する第1の基板27には第2の構成体21を形成するトランスの対向部分にくり抜き穴を設けている。これにより、トランスの高さが電源装置全体の高さに影響しなくなり、他の部品を低背化すれば、薄形の電源装置が実現できるという効果が生まれる。   Further, the first substrate 27 that forms the first structure 22 is provided with a cut-out hole in the opposing portion of the transformer that forms the second structure 21. As a result, the height of the transformer does not affect the overall height of the power supply device, and if other components are reduced in height, an effect that a thin power supply device can be realized is produced.

また、第2の構成体21を形成するリードフレーム19で第1と第2の構成体を接続している。これにより、接続用のピンなどを使用しないで直接接続しているので接続点が減ることとなり、信頼性向上、接続強度が安定するという効果が生まれる。   Further, the first and second components are connected by the lead frame 19 that forms the second component 21. As a result, since direct connection is performed without using connection pins or the like, the number of connection points is reduced, and the effects of improved reliability and stable connection strength are produced.

さらに、第2の構成体21を形成する高放熱基板16を電源の筐体29に面接触するように実装したものであり、これにより、第2の構成体21の発熱を電源の筐体29に放熱出来るため、従来例の図9に示すような専用の放熱用ヒートシンク10aが不要となるという効果が生まれる。   Further, the high heat dissipation substrate 16 forming the second structural body 21 is mounted so as to be in surface contact with the power supply housing 29, whereby the heat generated by the second structural body 21 is reduced to the power supply housing 29. Therefore, there is an effect that a dedicated heat sink 10a for heat dissipation as shown in FIG.

また、本発明の実施の形態2における別の実施例を示す図6のように、第2の構成体21を形成する薄形トランス11の天面と第1の構成体22を形成する第1の基板27の表面が面接触するような向きに逆向きに実装してやることもできる。これにより、第2の構成体21を形成する高放熱基板16を放熱用ヒートシンクとして利用できるため、トランス、1次、2次のパワー素子の発熱が低減できることに加えて放熱用ヒートシンクも不要もしくは軽減できるという効果が生まれる。   Further, as shown in FIG. 6 showing another example in the second embodiment of the present invention, the top surface of the thin transformer 11 that forms the second structure 21 and the first structure 22 that forms the first structure 22. It is also possible to mount the board 27 in the reverse direction so that the surface of the board 27 is in surface contact. Accordingly, since the high heat dissipation substrate 16 forming the second structure 21 can be used as a heat sink for heat dissipation, heat generation from the transformer, primary and secondary power elements can be reduced, and a heat sink for heat dissipation is unnecessary or reduced. The effect of being born is born.

(実施の形態3)
以下、実施の形態3を用いて本発明の特に他の局面に記載の発明について説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the invention described in another aspect of the present invention will be described using the third embodiment.

図7は、本発明の実施の形態3における力率改善回路用のパワー変換モジュールデバイスの回路ブロック図である。   FIG. 7 is a circuit block diagram of a power conversion module device for a power factor correction circuit according to Embodiment 3 of the present invention.

図7において14a、15aはパワー素子、30はチョークコイル、31は第3の構成体を示しており、実施の形態1、2の構成と同一構成を有するものについては、同一符号を付してその説明を省略する。   In FIG. 7, reference numerals 14a and 15a denote power elements, 30 denotes a choke coil, and 31 denotes a third component. Components having the same configurations as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals. The description is omitted.

図7において実施の形態1と大きく異なる点はパワー変換モジュールデバイスを形成する薄形トランス11をチョークコイル30置換えて第3の構成体31とした点であり、パワー素子としてFETやダイオードを使用して高放熱基板上に実装する構成は全て同じである。 In FIG. 7, the main difference from the first embodiment is that the thin transformer 11 forming the power conversion module device is replaced with a choke coil 30 to form a third component 31, and an FET or a diode is used as a power element. The configuration mounted on the high heat dissipation substrate is the same.

図7に示すように回路ブロック図の上では第3の構成体31はチョークコイル30、パワー素子14a、パワー素子15aを別ブロックとして形成されており、制御回路は第3の構成体には含んでいない。ここでのパワー変換モジュールデバイスは図示していないが、パワー素子とチョークコイルを面接触するように高放熱基板上に実装する点は実施の形態1を示す図1と全く同じ構成である。   As shown in FIG. 7, in the circuit block diagram, the third component 31 is formed as a separate block with the choke coil 30, the power element 14a, and the power element 15a, and the control circuit is included in the third component. Not. The power conversion module device here is not shown, but the power element and the choke coil are mounted on the high heat dissipation substrate so as to come into surface contact with the power conversion module device, which is exactly the same as FIG. 1 showing the first embodiment.

以上、本発明の実施の形態3を示す図7によれば、チョークコイルとパワー素子との配線距離を最短にできる。このことにより、配線インピーダンスが小さくなり、配線損失を非常に少なく出来ることに加えてFET、ダイオードの両端電圧波形も改善されるので低ノイズ化が達成される。また、チョークコイルとパワー素子の発熱も高放熱基板に接触面を通して伝熱させるため、チョークコイルサイズも小形化できるとともにチョークコイルとパワー素子の発熱も大幅に低減できることとなる。さらに多くの部品を有する複雑な制御回路部を除いているため、このブロックの設計も非常に簡単になり、熟練者でなくとも短時間で設計できることとなる。これらの結果、開発効率を大幅に向上できる小形、低発熱、低損失、低ノイズのパワー変換モジュールデバイスを提供できるという大きな効果が得られる。   As described above, according to FIG. 7 showing the third embodiment of the present invention, the wiring distance between the choke coil and the power element can be minimized. As a result, the wiring impedance is reduced and the wiring loss can be greatly reduced. In addition, the voltage waveforms at both ends of the FET and the diode are also improved, so that low noise is achieved. In addition, since the heat generated by the choke coil and the power element is transferred to the high heat dissipation substrate through the contact surface, the choke coil size can be reduced and the heat generated by the choke coil and the power element can be greatly reduced. Further, since the complicated control circuit section having many parts is excluded, the design of this block becomes very simple, and it is possible to design in a short time even if it is not an expert. As a result, it is possible to provide a large effect that a compact, low heat generation, low loss, low noise power conversion module device capable of greatly improving development efficiency can be provided.

また、第1の構成体と第3の構成体31とが一体化してなる電源装置であって第3の構成体31としてパワー変換モジュールデバイスを使用したので、パワー変換モジュールデバイスの特徴である小形、低発熱、低損失、低ノイズをそのまま利用できる。このことにより、熱設計、構造設計が非常に簡単になり、開発リードタイムも大幅に削減できるという大きな効果が生まれる。   In addition, since the power conversion module device is used as the third configuration body 31 as a power supply apparatus in which the first configuration body and the third configuration body 31 are integrated, the small size that is a feature of the power conversion module device is used. Low heat generation, low loss, and low noise can be used as they are. As a result, the thermal design and the structural design become very simple, and the great effect is obtained that the development lead time can be greatly reduced.

さらに、第1の構成体を形成する第1の基板上に第3の構成体31を制御する制御回路23を設けており、制御回路接続用リードフレーム19aで接続している。これにより、第3の構成体31が発生するノイズなどの影響を受けることなく制御回路の設計もできることとなり、制御回路の開発設計リードタイムも短縮できるという効果が生まれる。   Further, a control circuit 23 for controlling the third structural body 31 is provided on the first substrate forming the first structural body, and is connected by a control circuit connecting lead frame 19a. As a result, the control circuit can be designed without being affected by noise or the like generated by the third component 31, and the development lead time of the control circuit can be shortened.

本発明にかかるパワー変換モジュールデバイスおよびそれを用いた電源装置は小形、低発熱、低損失、低ノイズという効果に加えて、電源の設計開発効率を大幅に向上できるという効果を有するものであり、スイッチング電源を搭載するあらゆる電子機器に適用できるものである。   The power conversion module device and the power supply device using the power conversion module device according to the present invention have the effect of greatly improving the design and development efficiency of the power supply in addition to the effects of small size, low heat generation, low loss, and low noise, It can be applied to any electronic device equipped with a switching power supply.

本発明の実施の形態1におけるパワー変換モジュールデバイスの外観斜視図1 is an external perspective view of a power conversion module device according to Embodiment 1 of the present invention. 同実施の形態における高放熱基板の断面模式図Cross-sectional schematic diagram of the high heat dissipation substrate in the same embodiment 同実施の形態における薄形トランスの断面模式図Cross-sectional schematic diagram of thin transformer in the same embodiment 本発明の実施の形態2における電源回路のブロック図Block diagram of a power supply circuit in Embodiment 2 of the present invention 同実施の形態における電源の外観斜視図External perspective view of the power supply in the same embodiment 同実施の形態における他の実施例を示す電源の外観斜視図External perspective view of a power supply showing another example of the embodiment 本発明の実施の形態3における力率改善回路用のパワー変換モジュールデバイスの回路ブロック図Circuit block diagram of a power conversion module device for a power factor correction circuit according to Embodiment 3 of the present invention 従来のスイッチング電源の回路ブロック図Circuit diagram of conventional switching power supply 従来のスイッチング電源の外観斜視図External perspective view of a conventional switching power supply

符号の説明Explanation of symbols

1 入力回路部
2 コンバータ部
3 出力回路部
4 力率改善回路
5、23 制御回路
6 トランス
7、14 1次パワー素子
8、15 2次パワー素子
9 メイン基板
10a ヒートシンク
10b、29 筐体
11 薄形トランス
12 磁心
13 薄形積層コイル
14a パワー素子(FET)
15a パワー素子(ダイオード)
16 高放熱基板
17、26 絶縁物
18 リードフレーム一体形配線板
19 リードフレーム
19a 制御回路接続用リードフレーム
20 金属板
21 第2の構成体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input circuit part 2 Converter part 3 Output circuit part 4 Power factor improvement circuit 5, 23 Control circuit 6 Transformer 7, 14 Primary power element 8, 15 Secondary power element 9 Main board 10a Heat sink 10b, 29 Case 11 Thin type Transformer 12 Magnetic core 13 Thin laminated coil 14a Power element (FET)
15a Power element (diode)
16 High heat dissipation board 17, 26 Insulator 18 Lead frame integrated wiring board 19 Lead frame 19a Lead frame for connecting control circuit 20 Metal plate 21 Second component

Claims (8)

金属板と、
この金属板に貼り付けた、無機フィラー入り樹脂からなる高熱伝導絶縁層と、
この絶縁層で固定したリードフレームからなる配線と、
別基板上に設けられた制御回路部と接続するための接続端子と、
からなる高放熱基板と、
この高放熱基板に面接触するように実装した、複数のパワー素子と、トランスと、
からなるパワー変換モジュールであって、
前記配線は、前記リードフレームを前記高熱伝導絶縁層に埋め込んだものであり
前記接続端子は、前記リードフレームの一部を折り曲げたものであり、
前記トランスと前記複数のパワー素子とを近接して配置して、ブロック化したパワー変換モジュール。
A metal plate,
A high thermal conductive insulating layer made of a resin containing an inorganic filler, affixed to the metal plate;
Wiring consisting of a lead frame fixed with this insulating layer;
A connection terminal for connecting to a control circuit unit provided on another substrate;
A high heat dissipation substrate consisting of
A plurality of power elements mounted in surface contact with this high heat dissipation substrate, a transformer,
A power conversion module comprising:
Wherein the wiring, the connecting terminal is in the lead frame by embedding the high heat conductive insulating layer state, and are not bent portions of the lead frame,
A power conversion module in which the transformer and the plurality of power elements are arranged close to each other to form a block .
金属板と、
この金属板上に貼り付けた、無機フィラー入り樹脂からなる高熱伝導絶縁層と、
この絶縁層で固定したリードフレームからなる配線と、
前記リードフレームの一部を折り曲げて形成した接続端子と、
からなる高放熱基板と、
この高放熱基板に面接触するように実装した、パワー素子とトランスと、
からなるパワー変換モジュールであって、
前記配線は、前記リードフレームを前記高熱伝導絶縁層に埋め込んだものであり
前記トランスの磁心の下面を前記高放熱基板に面接触させたものであり、
前記トランスと前記パワー素子とを近接して配置して、ブロック化したパワー変換モジュール。
A metal plate,
A high thermal conductive insulating layer made of a resin with an inorganic filler, and affixed on the metal plate;
Wiring consisting of a lead frame fixed with this insulating layer;
A connection terminal formed by bending a part of the lead frame;
A high heat dissipation substrate consisting of
A power element and a transformer mounted so as to be in surface contact with this high heat dissipation substrate,
A power conversion module comprising:
The wiring state, and are not the lower surface of the is in the lead frame by embedding the high heat conductive insulating layer of the transformer core was surface contact with the high heat dissipation substrate,
A power conversion module in which the transformer and the power element are arranged close to each other to form a block .
リードフレームを0.3mm以上の厚みを有する銅板で形成する請求項1もしくは2のいずれか一つに記載のパワー変換モジュール。 The power conversion module according to claim 1, wherein the lead frame is formed of a copper plate having a thickness of 0.3 mm or more. 金属板は、アルミニウムもしくは銅のいずれかであり、筐体への取付部を設けた請求項1もしくは2のいずれか一つに記載のパワー変換モジュール。 3. The power conversion module according to claim 1, wherein the metal plate is aluminum or copper, and an attachment portion to the housing is provided. トランスは、複数のパワー素子の間に設置する請求項2記載のパワー変換モジュール。 The power conversion module according to claim 2, wherein the transformer is installed between the plurality of power elements. トランスを、チョークコイルとする請求項2記載のパワー変換モジュール。 The power conversion module according to claim 2, wherein the transformer is a choke coil. 金属板と、
この金属板に貼り付けた、無機フィラー入り樹脂からなる高熱伝導絶縁層と、
この高熱伝導絶縁層で埋め込んだリードフレームからなる配線と、
この高放熱基板に面接触するように実装した、パワー素子とトランスと、
からなるパワー変換モジュールと、
前記リードフレームの一部を折り曲げて形成した接続端子と、
前記接続端子に接続した、別基板に設けた制御回路と、
からなる電源装置であって、
前記トランスと前記パワー素子とを近接して配置して、ブロック化した電源装置
A metal plate,
A high thermal conductive insulating layer made of a resin containing an inorganic filler, affixed to the metal plate;
Wiring consisting of a lead frame embedded with this high thermal conductive insulating layer;
A power element and a transformer mounted so as to be in surface contact with this high heat dissipation substrate,
A power conversion module consisting of
A connection terminal formed by bending a part of the lead frame;
A control circuit provided on a separate substrate connected to the connection terminal;
A power supply unit comprising :
A power supply device in which the transformer and the power element are arranged close to each other to form a block .
トランスをチョークコイルとする請求項記載の電源装置。 The power supply device according to claim 7 , wherein the transformer is a choke coil.
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